机车车辆在滚动振动试验台上蛇行运动稳定性计算

滚动振动试验台在测试机车车辆动力学性能时，轨道轮与实际线路的差异会造成测试结果出现偏差。文章利用SIMPACK软件建立6轴机车模型．模拟滚动振动试验台6轴机车试验，分析轨道轮半径、车轮踏面斜率对机车车辆蛇行运动稳定性的影响。     

轮对内侧距对机车车辆动力学性能影响的试验研究

在分析国内外轮对内侧距方面已有研究结果的基础上,在不改变车轮踏面形状、轨距和钢轨轨头形状的情况下,进行单纯改变车辆轮对内侧距的滚动台试验研究,分析等效锥度对轮轨接触几何关系的影响,得出以下结论。①在保持轮轨接触几何关系相同的情况下,增加轮对内侧距有利于改善轮轨关系和机车车辆动力学性能。②在车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状等保持不变的情况下,单纯改变轮对内侧距,必然会导致轮轨接触关系的变化,从而影响机车车辆的动力学性能;对于我国目前采用的车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状而言,轮对内侧距从1 353 mm变化到1 360 mm,将导致轮轨接触等效锥度的增加,从而降低车辆的运动稳定性临界速度。③轮对内侧距的选取与车轮踏面形状的选择密切相关,在改变轮对内侧距以后,必须根据轮轨接触几何关系的变化重新对其进行综合优化,确定合适的车轮轮缘踏面外形。     

土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究

依据系统工程理论的思想,基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元理论,建立机车车辆和板式无砟轨道结构的力学模型,采用ABAQUS软件实现滚动接触过程的轮轨接触的模拟,对铁路客运专线土质路基板式无砟轨道结构在高速行车条件下的动力学性能进行仿真分析研究。结果表明：板式无砟轨道结构的平顺性很好;动车组轮轨垂向力、轮重减载率、轮轨垂向力动载系数和各轮脱轨系数的最大值及其离散性均随着列车速度的提高而增大,整个动车组所有车轮的轮轨横向力最大值以及各轴的轮轴横向力均远小于安全控制值;板式无砟轨道结构各部分的振动加速度和主要振动频带范围随着列车速度的增大而增大;板式无砟轨道结构的振动衰减情况良好。     

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统动力学模型，推导了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰，对弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真，并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。     

轨道振动对轮轨接触压力影响的数值分析

轮轨滚动接触振动是产生轮轨噪音、波浪形磨损和滚动接触疲劳的主要原因。本文采用数值方法分析全尺寸滚振试验台和原形尺寸单轮对试验装置进行轮轨滚动接触振动对轮轨需滑力影响的试验现象，确定了影响轮轨滚动接触正压力的主要因素。分析中采用了“集中质量法”对用来模拟轮轨关系的轮／轮物理模型进行了离散，论／轮接触表面的法向变形满足Hertz接触条件。     

机车起动工况轮对纵向振动研究

轮对的纵向颤振会严重影响铁道机车车辆动力学性能,并且会引起轮轨非正常磨耗,导致发生轮对多边形化及踏面发生剥离。但是,机车车辆动力学研究中对轮对的纵向动力学特点的研究却往往被忽略,国内外少见对轮对纵向颤振问题的研究报道。首先描述了4个自由度的单轮对简化模型,并推导出其运动方程。在此基础上,对机车模型进行牵引工况下动力学数值仿真,研究其在此工况下的纵向振动现象,进而对影响轮对纵向振动明显的参数,诸如一系纵向定位刚度,轨道不平顺形式以及黏着系数等进行分析,对今后减小轮对纵向振动的方法研究提供理论依据。     

单轮对试验台试验及轮轨蠕滑力计算模型的验证

结合机车车辆滚动振动试验台的单轮对蠕滑力试验，介绍其试验系统，进行相关的理论分析和计算，例如试验系统所特有的轮轮接触蠕滑率计算、轮对运动方程推导、试验过程的动态仿真计算。最后通过试验和计算结果的对比，对轮轨蠕滑力计算模型进行验证。     

滚动试验台动力学偏差分析

滚动试验台和实际线路上轮轨接触特性存在差异。通过建立机车车辆多体系统对轨道激扰响应的动力学计算模型，分析二者之间的偏差。     

轮轮系统动力学研究

探讨轮轮系统动力学的建模方法和实现计算机模拟。以车辆滚动试验台模拟直线轨道和直线不平顺轨道车辆的运动为研究对象，用Ｄｅ Ｐａｔｅｒ的车辆动力学一阶理论建立轮轮系统的动力学方程式，用ＭＡＴＬＡＢ语言编制软件，将空心轴传动高速动力车轮ＧＤＭ与Ｐ６０钢轨配合，分析计算其试验台轮轮接触的动力学参数，为高速轮轨型面的优化提供依据并为车辆在滚动试验台上运动的计算机模拟提供了一种方法。     

机车车辆广义轮轨重力效应分析

机车车辆轮轨接触关系中重力效应是影响动力学性能的重要因素之一，本文将轮轨接触关系中轨道的含义由传统的平直轨道延伸到具有一定半径的轨道轮，探讨典型的轮轨型面匹配在各种接触条件下的重力效应，以我国广泛应用的ＴＢ锥形踏面的ＬＭ磨耗形踏面为算例，着重分析了比较重力刚度和重力度刚度特性以及轨道轮轮径的关系。     

客运专线列车轮对内侧距选择的研究

首先介绍了国内外关于轮对内侧距对机车车辆动力学性能和轮轨关系影响方面的部分试验研究结果，重点以我国既有线固定辙叉道岔为例，从是否计入测量位置对轮缘厚度的影响，分析不同轮对内侧距通过道岔有害空间的问题，并就轮对内侧距变化后对机车车辆运动稳定性的影响开展滚动台试验研究，对轮对内侧距的影响进行综合分析，为我国客运专线列车轮对内侧距的选择提供参考。     

三向加载测力轮对标定试验台的研制

为适应新国标对铁道机车车辆动力学测试尤其是轮轨力测试提出的更高要求,研制了三向加载测力轮对标定试验台。该试验台可实现对测力轮对横向、纵向、垂向3个方向独立或联合精确加载,可适应城轨与大铁路多种轮对的标定,具有适用范围广、准确度高、轮对拆卸快捷方便、试验效率高等优点。     

考虑轮对弹性的轮轨接触点算法

研究轮对动力学相关问题时要考虑轮对的弹性变形,本文在传统迹线法的基础上发展一种考虑轮对弹性的轮轨接触点计算方法。该方法通过计算滚动圆上的点和该点在轨道上的投影点的法向矢量确定可能接触点,形成接触迹线,根据迹线和轨道型面的垂向最小距离确定最终的接触点。利用该方法,本文建立单轮对刚柔耦合系统动力学方程来求解轮轨接触点,并通过刚性轮对与弹性轮对的计算结果对比,讨论轮对弹性变形对接触点位置和轮轨蠕滑率的影响。结果表明,该方法可有效解决考虑轮对弹性的轮轨接触计算问题。     

车轮型面磨耗诱发高速铁路轮轨接触几何参数时变的规律

将轨道系统视为无质量的黏弹性力元,运用多体动力学软件UM建立CRH2型高速列车单个车体的车辆—轨道耦合动力学模型,并结合轮轨非椭圆滚动接触模型和车轮型面磨耗演变模型,以车轮最大磨耗深度为0.1mm作为车轮型面更新的条件,通过动力学仿真研究轨道系统振动、车辆悬挂力元非线性和轮轨接触几何非线性特性等影响下滚动圆半径差、等效锥度、接触角和接触点分布等轮轨接触几何参数的时变规律。结果表明:通过不同运营里程下车轮型面磨耗和名义滚动圆半径处磨耗仿真与实测的对比结果,验证了模型的准确性;随着运营时间的推移和运营里程的增加,车轮型面磨耗会对轮轨接触几何参数产生明显的影响:其中,等效锥度、滚动圆半径差和接触角在运营里程从0逐渐增加到10万km的过程中变化明显,而从10万km逐渐增加到20万km时变化渐缓,然后在从20万km逐渐增加到25万km的过程中车轮型面磨耗又进一步加剧,等效锥度、滚动圆半径差和接触角的变化幅度又急剧增加,轮轨接触点分布则随着运营里程的增加由一点接触逐渐向两点接触演变,车辆的动力学性能也随之下降。     

轨道车辆轮轨非对称接触现象分析

针对广泛存在于轨道交通系统的轮轨非对称接触现象开展研究,探讨了轮轨非对称接触现象的形成原因,并分析了轮轨非对称接触现象对机车车辆动力学性能的影响。轮轨形面损伤、轮径差的存在均会导致轮轨非对称接触现象的产生,根据表现形式的不同,轮轨非对称接触可以分为非对称轨道与对称踏面的接触、对称轨道与非对称踏面的接触和非对称轨道与非对称踏面的接触3种基本形态。轮轨非对称接触的存在将会对机车车辆的动力学性能产生影响,在动力学分析中,应充分考虑轮轨非对称接触因素,以获得更加真实的仿真结果。     

考虑轮对弹性的轮轨接触斑特性研究

将轮对视为弹性体建立采用直线电机轻轨车辆的刚柔耦合动力学模型,研究轮对弹性对滚动接触的影响。结果表明弹性轮对的弯曲振动频率会与电机的沉浮和点头振动频率相耦合,增加了轮轨垂向力的变化幅度并加剧轮对的弯曲变化,从而增大轮对接触点的横移量,进而影响轮轨磨耗。还对接触斑的振动特性进行了初步探讨,建立了接触斑系统振动特性模型及其运动微分方程式。     

轮对扁疤动态冲击激励对车辆垂向振动特性的影响

在轨道车辆高速运行过程中,由于紧急制动或者轮对打滑空转等原因造成的踏面局部擦伤和剥离统称为轮对扁疤。基于计算多体动力学和轮轨接触理论,建立了考虑扁疤冲击的动车组动力学模型,模拟车辆的动态响应特性。在该模型的基础上研究了高速列车轮对新旧扁疤以及几何尺寸对车辆系统动态行为的影响,给出不同速度下车体、构架、轴箱垂向振动等振动状况,确定高速行车条件下轮对扁疤对动力学性能的影响。结果表明:轮对扁疤对高速动车组轮轨接触及轴箱垂向激扰有着极大的影响,在轮对扁疤作用下,轮轨冲击和轴箱振动情况比正常轮对情况要严重得多;另一方面由于一系钢簧和二系空气弹簧低频滤波作用的存在,削弱了扁疤振动激扰对构架和车体的影响。     

基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算研究

为便于研究轮轨接触的几何关系,将轮轨的直线上接触、曲线上接触和轮轮接触3种典型轮轨三维接触几何计算归结为轮轨直线接触平行投影轮廓和轮轨曲线、轮轮接触旋转投影轮廓的二维接触问题.利用轮对的旋转体特性,分别推导出轮对在不同投影下其底部轮廓的计算公式,给出求解步骤以及适合轮轨三维接触计算的二维同步迭代流程.以S1002CN踏面轮对与60 kg·m-1钢轨的三维接触几何关系为例,仿真分析直线、300m半径曲线及轨道轮半径为900mm的滚动试验台的轮轨三维接触几何情况.结果表明:将轮轨接触点相对于轮对底部母线的偏转角作为计算参数,使得基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算方法简单、易用;直线及曲线线路上的轮轨三维接触几何关系相近,当轮对摇头角小于5～10 mrad时还可用轮轨二维几何关系近似;轮对大横移下的接触点偏转角,在一定的摇头角范围内可视为轮对摇头角的线性函数;二维同步迭代能有效实现复杂条件下的轮轨三维接触几何计算;小横移条件下,轮轮三维接触即具有明显的接触点偏转角,仿真时需要修正.     

滚动振动试验台垂向激振作动器的选型

针对滚动振动试验台垂向作动器的选型需要,建立了左右轨道轮独立垂向激振的简化力学模型,仿真得到正弦激振位移情况下的作用力;其次研究了普速线路轨道不平顺问题,仿真反演了典型速度下的垂向不平顺时间曲线,统计了对应的速度及加速度的标准差,并利用"3σ准则"给出作动器的运动参数。研究给出了滚动振动试验台垂向激振油缸的参数选择建议,可供机车车辆滚动振动试验台设计参考。     

柔性轮对的轮轨静态接触和车辆动态性能研究

分别研究了考虑轮对柔性时对轮轨静态接触几何关系和车辆动态性能的影响。首先在假设车轮不变形的前提下,将车轴简化为欧拉-伯努利梁模型,并以LM磨耗形踏面和标准60钢轨为研究对象,求解车轴运动微分方程以获得车轴的变形信息,再基于传统迹线法自编程序进行几何计算,求解变形后的轮轨接触几何参数,并与刚性轮对进行对比。结果表明,在横移量较小的情况下,柔性轮对与刚性轮对接触几何参数差别不大,当横移量较大时,两者有明显差异。其次,在车辆-轨道系统动力学模型中,利用模态叠加法将轮对考虑为柔性,并利用自编动力学积分程序计算常规工况和初始不称重特殊工况,分析其对轮轨力和一系悬挂力影响。结果表明常规工况下考虑轮对柔性的影响较小,而在特殊工况下,由于激励覆盖频率较高,柔性轮对的固有模态容易被激发,对轮轨力和一系悬挂力造成明显影响。